CN105670317A - 一种乳化环氧沥青材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可进行乳化环氧沥青材料，包括A、B两种组分，A组分为双酚A型环氧树脂，B组分包括：沥青30～65重量份，乳化剂0.2～2重量份，邻苯二甲酸酐3～8重量份，三乙烯四胺10～22重量份，2-甲基咪唑4～10重量份，磷酸三丁酯3～10重量份，水30～50重量份；A组分与B组分的质量比为1：2～6.3。本发明的制备得到的乳化环氧沥青材料可在常温下拌合，具有施工可操作时间长、粘结力好、强度高、耐热性高、疲劳寿命高等优点；由于采用常温拌合，施工有害气体排放大幅降低，可将此应用在隧道路面铺装，以减少对施工人员带来的危害；同时，应用本发明的乳化环氧沥青材料进行铺面施工还可解决一般环氧沥青可操作时间短的问题。

Description

一种乳化环氧沥青材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可进行乳化处理的环氧沥青混合料，具体涉及该材料的配比及其制备方法。
背景技术
环氧沥青材料起源于上世纪60年代的美国，后于本世纪初进入中国，作为钢桥面铺装材料先后在我国南京长江二桥、润扬长江大桥、南京长江三桥、杭州湾大桥、湛江海湾大桥等大跨径钢桥面铺装中得到应用，是一种性能十分优异的路面材料，它具有强度高、刚度大、韧性好、抗疲劳性能，水稳定性能，抗化学腐蚀能力优异等优点。然而目前所应用的环氧沥青中的固化体系多为酸酐类、改性胺类，均为高温固化体系，且固化温度范围狭窄，导致环氧沥青施工温度范围的要求十分严格，现行的环氧沥青施工可操作时间太短，容易造成混合料的浪费，摊铺等待时间较短，也是导致许多施工质量问题凸显的原因。这是众多环氧沥青研究人员的所共同研究的焦点问题。
乳化沥青胶结材料多用在路面结构层间起粘结或保护作用，或用于路面养护或修补技术之中，具有应用范围广、施工便利、节能降耗等诸多优点。但乳化沥青的粘结强度低，效果不甚理想，修补材料在行车荷载作用下容易掉粒、开裂或脱层。因此，对乳化沥青进行改性以提高其应用效果是目前的发展方向。目前最常见的改性沥青即SBS改性沥青，但由于SBS改性沥青粘度高，通常的现行的乳化技术难以将它乳化，故导致乳化沥青技术的发展受到限制，大多只能运用在层间或是养护工程中。
常见钢桥面铺装用环氧沥青最大的施工弊端即在于其混合料在从摊铺到终压的过程中粘度上升太快，然而这类环氧沥青中的固化体系均表现为憎水性，在施工过程中要严格避免与水的接触，直接将这类环氧沥青进行乳化，会产生固化成分不溶于水和环氧树脂加入后仍无法固化的问题。本发明提出的乳化环氧沥青B组分，其中的固化体系属于水性或自乳化型环氧固化剂，可在有水的环境下持续固化，通过将环氧沥青B组分乳化，可以有效降低施工温度，在A组分加入后，粘度亦不会过快的上升；而随着破乳后水分蒸发排出，固化体系与环氧树脂进行反应，混合料的强度上升，在10-24h内达到预期强度；此法可有效减少材料的浪费和能源的消耗，进一步扩展环氧沥青混合料的施工工艺和使用范围，此外，还可使生产成本降低，废料的风险降低，温度下降则施工成本也随之降低，降低粉尘排放、降低NOx的排放，具有较好的社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可进行乳化的环氧沥青材料及其制备方法。本发明采用采用环氧树脂和固化剂改性的方法制备得到高强度、高耐热性、高疲劳寿命的乳化环氧沥青材料，该材料适用于高原路面、隧道铺面、冬季施工铺面等特殊路面。
本发明的要点在于在制备沥青混合料的过程中，添加环氧树脂到乳化后的固化体系与沥青的混合物里进行固化反应，形成一种空间网状结构以加大沥青的粘结力。
本发明的乳化环氧沥青材料，包括A、B两种组分，A组分为环氧树脂，B组分包括以下成分：
A组分与B组分的质量比为1：1.5～10.8。若上述五种组分均采用最优推荐值，则A组分与B组分的质量比为1：3.6。
所述A组分选自双酚A型环氧树脂，25℃的Brookfield粘度在10Pa.s以下为最佳。
所述A组分也可为双酚A型环氧树脂，可根据需要对其进行乳化，或采用油性环氧树脂，不进行乳化，将25℃的Brookfield粘度控制在10Pa.s以下即可。
所述B组分中乳化剂采用慢裂型阳离子乳化剂，本文选用天津康泽威科技有限公司产慢裂快凝沥青乳化剂(产品编号kzw-801M)，此产品为季铵盐类与水按1：50制成的pH值在2.0-4.0之间的液体。
本发明的乳化环氧沥青材料的制备方法为按常规方法将A、B两组分混合制得产品，混合前A、B两组分单独密封存储，直至在进行制备沥青混合料时；其中，B组分的制备包括如下步骤：
(1)将邻苯二甲酸酐与沥青拌合；
(2)紧接步骤(1)，加入三乙烯四胺；
(3)将2-甲基咪唑到拌合好的步骤(2)完成后的混合物中继续搅拌混合；
(4)在步骤(3)进行的同时加入磷酸三丁酯进行搅拌混合；
(5)各成分混合均匀后静置半小时以上即制得未乳化B组分，放置100～130℃保温。
(6)将乳化剂溶于55～65℃的水中，并用pH试纸测定，调节pH值至碱性，制备成
乳化剂溶液待用；
(7)将未乳化B组分与乳化剂溶液，按1：0.4～1.2的比例通过管道将输入乳化机强力
搅拌，经胶体磨高速剪切搅拌3～10min得到乳化环氧沥青B组分。若不立即使用，B
组分需采用存储罐进行闭式存储。
步骤(1)中，邻苯二甲酸酐与沥青在120～158℃环境下拌合0.5～2小时，沥青中的沥青质会产生顺酐化反应。
步骤(2)中，三乙烯四胺一次性加入混合物中混合，使顺酐化后的沥青进一步酸酐化，沥青质会继续酸酐化反应，仍在120～158℃环境下进行，拌合时间为10～30min。
步骤(3)中，不再加温，2-甲基咪唑每分钟加入的质量为B组分总质量的1％，且2-甲基咪唑在混合物温度降到100℃前添加完毕。
步骤(4)中，磷酸三丁酯为一次性添加完毕，可与步骤(3)同时进行。
所述A组分中环氧树脂为我国产双酚A型环氧树脂，此类环氧树脂结构式如下：
其中n＝0～1，n值越小，牌号越高，粘度越小；n值越大，牌号越低，粘度越大。
本发明推荐使用环氧树脂E-55，因为其常温下为很好拌和的液态，25℃布氏粘度多在10Pa.s以下。
所述B组分中所用邻苯二甲酸酐、三乙烯四胺、2-甲基咪唑以及磷酸三丁酯的结构式如下：
邻苯二甲酸酐：
三乙烯四胺：
2-甲基咪唑：
磷酸三丁酯：
本发明的有益效果在于：本发明的制备得到的乳化环氧沥青材料具有较好的粘结力、强度高、耐热性高、疲劳寿命高等优点，在养护工程中进行如稀浆封层或微表处沥青混合料的生产；此外，应用本发明的乳化环氧沥青材料进行铺面施工时，由于采用常温拌合，可有效降低施工气体排放；可用作混合料的结合料用于如隧道路面铺装，或低温环境下的路面面层施工。同时，应用本发明的乳化环氧沥青材料进行铺面施工还可解决一般环氧沥青可操作时间短的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步解释本发明。列举实施例的目的仅在于更加具体地说明本发明，本发明的保护范围不局限于实施例所述的内容。
实施例1
A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51和E-54按1:2的比例的混合物；B组分由31重量份的沥青、0.5重量份的乳化剂、6重量份的邻苯二甲酸酐、8重量份的2-甲基咪唑，10重量份的三乙烯四胺、4.5重量份的磷酸三丁酯和40重量份的水组成；拌和前，A组分在30℃环境下保温1h，拌合时石料与矿粉温度均为室温。
A组分与B组分的质量比为1：3.9。
按照表1进行级配筛选。
表1AC-13混合料配合比
粒径 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
通过率 100 92 71 50 33 20 14 9 7 5
实施例2
本发明制备的乳化环氧沥青材料由A、B两种组分拌和而成，A组分为我国牌号双酚A型环氧树脂E-51(单组份，无其他牌号)；B组分由32重量份的沥青、0.5重量份的乳化剂、5重量份的邻苯二甲酸酐、6重量份的2-甲基咪唑，8重量份的三乙烯四胺、3.5重量份的磷酸三丁酯和45重量份的水组成。拌和前，拌和前，A组分在30℃环境下保温1h，拌合时石料与矿粉温度均为室温。
A组分与B组分的质量比为1：4.1。
实施例3
普通的基质沥青进行乳化，制备出常规的乳化沥青。选用国产中海70号基质沥青，沥青指标如表2所示。而后进行常温拌合，其余材料与过程同实施例1。
表2基质沥青的常规指标
先经过马歇尔方法进行混合料设计，三种实施例中混合料的目标空隙率相同，均为4％，选取五种沥青用量：3.4％、3.7％、4.0％、4.3％和4.6％；分别用马歇尔击实成型，空隙率计算结果如表3。
表3三组实施例中沥青用量的确定
沥青用量(％) 3.4 3.7 4.0 4.3 4.6
实施例1，空隙率(％) 4.5 3.9 3.3 - -
实施例2，空隙率(％) 4.8 4.4 4.0 3.6 -
实施例3，空隙率(％) 4.9 4.6 4.1 3.8 -
本发明乳化环氧沥青可用于隧道或低温地区的沥青上面层的摊铺，亦可以用在中面层、下面层、柔性基层、稀浆封层或微表处的铺设。
试验最终选取3.6％、4％和4.1％分别作为本发明的实施例1、2和3的最佳沥青用量。值得注意的是，表3中“沥青用量”一行中，对于本发明的乳化环氧沥青材料是指A、B组分总共的用量。
试验根据之前的马歇尔设计方法确定的级配与油石比，对所有完成的试件均采取室温静置24h处理，而后采用JTGE20-2011中的马歇尔试验、车辙试验和冻融劈裂试验分别对比三个实施例中的混合料的路用性能。试验结果如表4所示。
表4性能测试试验对比
由结果可知，本发明的乳化环氧沥青混合料的路用性能均满足JTGF40—2004的要求，而仅用普通乳化沥青的混合料的高温车辙性能和与水损害相关的冻融劈裂值均无法达到要求。

Claims (7)

1.可进行乳化的环氧沥青材料，包括A、B两种组分，A组分为双酚A型环氧树脂，B组分包括以下成分：
沥青28～65重量份；
乳化剂0.2～2重量份；
邻苯二甲酸酐2～8重量份；
三乙烯四胺5～22重量份；
2-甲基咪唑4～10重量份；
磷酸三丁酯2～10重量份；
水21.8～50重量份
A组分与B组分的质量比为1：1.5～10.8。
2.根据权利要求1所述的乳化环氧沥青材料，其特征在于，所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂，包括可乳化型环氧树脂或油性环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的乳化环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，B组分的制备包括如下步骤：
(1)将邻苯二甲酸酐与沥青拌合；
(2)紧接步骤(1)，加入三乙烯四胺；
(3)将2-甲基咪唑到拌合好的步骤(2)完成后的混合物中继续搅拌混合；
(4)在步骤(3)进行的同时加入磷酸三丁酯进行搅拌混合；
(5)各成分混合均匀后静置半小时以上即制得未经乳化的B组分，放置在100～130℃的环境保温；
(6)将乳化剂溶于55～65℃的水中，调节pH值至碱性，制备成乳化剂溶液；
(7)将未乳化B组分与乳化剂溶液，通过管道将输入乳化机强力搅拌，经胶体磨高速剪切搅拌3～10min得到乳化环氧沥青B组分。
4.根据权利要求3所述的乳化环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，邻苯二甲酸酐与沥青在120～158℃环境下拌合1～2小时。
5.根据权利要求3所述的乳化环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，三乙烯四胺一次性加入混合物中。
6.根据权利要求3所述的乳化环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，为了得到更好的乳化效果，2-甲基咪唑每分钟加入的质量为B组分总质量的1%，且2-甲基咪唑在需混合物温度降到100℃前加完。
7.根据权利要求3所述的乳化环氧沥青材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，磷酸三丁酯为一次性添加完毕。
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